基于Windchill的电气设计数据管理集成平台的构建与应用

姚海兰，张绍东，朱东伟，张密哲，李 蕊

（唐山轨道客车有限责任公司 产品研发中心，唐山 064000）

基于Windchill的电气设计数据管理集成平台的构建与应用

姚海兰，张绍东，朱东伟，张密哲，李 蕊

（唐山轨道客车有限责任公司 产品研发中心，唐山 064000）

针对轨道车辆电气设计数据的管理特点，利用信息技术，建立基于Windchill的电气设计数据管理集成平台，实现了电气设计工具E3、研发数据管理工具Windchill、物料数据管理（MDM）系统、产品数据处理及应用（SAP）系统的无缝集成。还实现了研发电气数据管理系统对电路图、电气物料清单（BOM）以及电气报表等电气设计数据的全生命周期管理，优化了电气设计过程及数据流程管理，提升了整个电气研发团队沟通和协作工作的效率。

电气设计；数据管理；集成平台

随着我国城市轨道交通的迅猛发展，新机遇要求全新动车组、城轨车设计周期短，企业信息化、精益化管理已成为提高企业核心竞争力的重要手段[1]，传统的电气研发设计数据管理平台存在诸多问题：（1）现有的电气设计软件基本处于孤岛状态，与其它子系统集成性差，数据存储分散；（2）电气设计过程数据通过手工备份到服务器文件夹且缺少版本管理；（3）电气设计报表系统速度慢，效率低；（4）物料清单（BOM）在产品数据处理及应用系统（SAP）中靠人工逐级搭建，管理松散，且易出错。以上问题导致了传统的电气设计数据管理平台已不能适应数字化协同设计环境下复杂列车系统快速研制的要求[2]，急需围绕电气图纸研发设计过程，建立适合自身要求的电气设计数据管理集成平台。

基于Windchill的电气设计数据管理集成平台的建设，以解决电气研发设计中存在的问题为目的，围绕电气研发设计过程和电气设计输出特点，采用二次开发实现电气设计工具研发数据管理系统、物料数据管理（MDM）系统、SAP系统的无缝集成，基于研发数据管理系统，实现公共资料管理，设计数据管理、流程管理和权限管理等功能，实现集成度好，流程清晰，业务顺畅，使用便捷的平台建设目标[3]。

1 研发平台工具

1.1 电气设计工具

电气设计逻辑复杂关联性极强，如何在短时间内完成庞大的图纸绘制，要求多用户多部门协同设计及管理，保证数据的正确性，并准确完成各类报表数据整理，成为电气设计必须面对的难题。

本文采用E3（E3.Series）作为电气设计工具，支持多部门多用户的协同管理与设计，设计师通过E3.Series对项目进行实时操作，配置的电气规则可以检查项目方案是否满足设计规范，并检查图纸中存在的错误，以便进行修改，系统管理员可对设计人员的权限进行相应设置，保证每位设计人员只能操作被授权的项目数据，项目数据存储在同一数据库中，实现了项目内部的图纸保持实时更新，可实现数据的准确性和一致性。

项目设计中E3.Reports系统支持自动生成设计部的报表和工艺部的部分报表，例如线缆总表、线束表、元器件清单、线束走向表、布线表和剪线表等，以进行图纸正确性检查。

1.2 研发数据管理工具

研发部门是车辆产品电气设计数据电路图、电气BOM以及电气报表等及机械设计CAE/CAM/ CAD数据的源头，数据量大且需要频繁传递、交换、处理和存储，本文采用Windchill作为数据管理研发工具，Windchill是一套集成应用软件，涉及图文档管理、产品结构管理、生命周期管理、工作流程管理、工程变更管理、零部件分类及重用管理、项目管理、制造过程（工艺）管理、供应商管理、用户需求管理等全部产品生命周期领域。为提升整个电气研发团队的沟通和协作工作效率提供软件平台[4]。

Windchill还提供开放的开发接口，为研发数据管理系统与各设计工具及公司其它系统集成提供技术保障。

1.3 公司级产品数据管理工具

将SAP定位为公司级产品数据管理系统的核心，所有其他信息系统的构建均以SAP为基础进行。SAP的许多新产品，包括企业核心组件ECC（ERP Central Components），全部构筑在Web应用服务器（WebAS）平台之上。WebAS提供了开放式的结构，使用HTML、XML等计算机语言，支持许多数据库版本和发布，可以容纳所有的数据和配置信息，同时，WebAS也提供定制功能，可以使用工业标准语言Java完成二次集成开发。使得其他功能信息系统可以与SAP集成。

2 平台总体方案

针对电气设计工具与其它子系统集成性差，数据存储分散问题，提出了将前端电气设计工具E3、MDM系统、SAP系统、研发电气数据管理工具Windchill以接口方式进行双向集成方案，打通系统间数据通道，保证电气设计工作数据流畅通，实现完整可靠的电气协同设计平台。平台总体方案构架如图1所示。

图1 平台总体方案构架图

平台集成方案图如图2所示。本集成平台通过Server开发语言，Java构建完整后端服务平台，执行底层逻辑运算与业务数据处理；使用跨平台网络服务软件Apache与开源Web应用容器Tomcat组成网络通信层，实现HTTP请求接收、负载均衡与集群配置等服务功能。本集成平台涉及各子系统或工具间集成架构以Java核心包为基础，针对各下游系统或工具技术不统一的现状设计与开发具有指向性的独立集成模块：如E3工具与MDM系统等支持数据交换协议（SOAP）标准，使用通用WebService方式实现双向集成；对于技术相对封闭的SAP系统，通过其提供的sapjco.jar工具包实现远程函数调用（RFC）接口访问，通过动态链接库文件进行远程数据传输；其余无法直接提供集成接口的下游系统，直接使用面向数据库的SQL进行数据访问，实现数据级的集成功能。

图2 平台集成方案图

3 平台功能实现

电气设计数据管理集成平台的建设，针对电气设计数据的管理特点，通过系统及工具间的紧密集成，结合Windchill工具特有的版本、权限、流程等功能，实现电气数据及版本管理、产品BOM结构管理、报表管理、历史数据回滚功能、物料编码管理、图纸评审管理及工程更改管理，为企业资源计划（ERP，Enterprise Resource Planning）等系统提供准确可靠的电气设计数据。

3.1 电气数据及版本管理

（1）通过数据检入接口，将E3输出的电气设计数据，如图纸、BOM、报表等自动存入各产品文件夹下，针对电气数据本身的特点，利用Windchill工具定义特殊的类型、属性与数据库表结构，并定制开发相关管理功能，实现对电气数据的集中管理，电气数据及版本管理如图3所示。

图3 电气数据及版本管理

（2）版本管理，电气数据在Windchill中均使用字母大版本+数字小版本方式，每次检入操作升级一个小版本，每次修订操作升级一个大版本。Windchill中每条数据的所有版本信息（内容与属性）均由系统维护历史记录，从而解决了不定时将E3设计文件手动备份到本地文件夹方式的问题，避免手工备份安全问题，同时为历史数据回传功能提供数据源。

（3）状态管理，Windchill工具为每种电气设计数据类型定义其生命周期模板、状态和转变规则。状态属性标志着数据成熟度，通过流程自动驱动与手动修订两种方式控制状态的转变。为实现电气设计数据安全性管理提供基础。

（4）位置管理，利用Windchill专门的存储库来分类管理所有电气设计相关公共资料。

（5）安全性管理，通过Windchill策略管理器提供数据访问权限的配置管理功能。对于管理对象，针对其类型、状态、位置等属性以及操作用户所属的角色、组等信息进行访问权限控制。提高数据安全及正确性。

3.2 产品BOM结构管理

为避免SAP人工搭建BOM方式造成的人为错误，提出BOM由电气连接图纸驱动自动创建与管理，产品BOM结构管理接口开发流程如图4所示。

图4 产品结构管理接口开发流程

3.3 报表管理

针对电气设计工具中导出报表，速度慢，未存入数据库统一管理及无版本管理、存储等问题，通过数据检入接口，将电气总表数据与电气图纸分离，并将总表数据存入Windchill电子仓库与数据库，同时记录总表数据电气图纸的关联关系。在系统中通过开发手段固化各类电气报表汇总逻辑，定义线表汇总模板，实现各类电气报表的汇总输出，解决了现有E3系统中进行元器件报表汇总时，速度慢，效率低，汇总时间较长等问题。具体线表种类有：线缆信息总表、电缆清单、设备接线表、线束表、元器件清单和线束走向表。

3.4 历史数据回滚功能

针对设计系统方案反复改变现象及设计误操作问题，无法实现历史版本的恢复问题，提出了历史数据回滚功能，以Windchill存储的历史版本为数据源，供选择并操作。

在Windchill中存储历史版本及用于数据修复XML文件，数据恢复时，利用E3工具API接口实现项目中所有设备、符号、连接器针脚、芯线、电缆对比及修复，从而实现自动执行历史版本数据与整车级图纸合并操作，此功能使用灵活，避免重复工作，提高设计效率，接口开发流程如图5所示。

图5 历史数据回滚接口开发流程

3.5 物料编码管理

为了避免人工重复维护物料信息，实现物料编码闭环管理，提出了物料编码管理功能，设计师可根据需求由MDM或者Windchill发起物料编码申请，MDM系统新物料编码发布后，Windchill根据接收到的物料数据结合物料来源标记进行匹配判断，若为电气物料则合并MDM标准物料属性与电气物料特有属性，调用E3物料编码接收接口，自动执行电气物料编码回传操作，将编码信息回传至E3元器件库。物料编码接口开发流程如图6所示。

图6 物料编码接口开发流程

3.6 图纸评审管理

研发人员完成设计后，在E3端完成提交Windchill工作，在Windchill中发起图纸评审签审流程，图纸审批流程发起时机由用户决定，可以针对多张图纸发起一个审批流程（批量审批），审批过程中锁定图纸检入权限及E3项目修改权限，审批通过后系统自动对图纸PDF文件电子签名，自动发布至SAP系统，电气图纸评审流程图如图7所示。

3.7 工程更改管理

电气数据变更管理要实现电气变更的全过程记录，包括变更原因、变更影响分析和变更执行情况，保证变更的正确性、完整性、及时性和闭环管理。

通过基于已在Windchill中建立的有效变更业务控制手段，实现电气图纸文件变更信息和变更过程的有效管理；通过基于问题报告、变更请求、变更通知单等变更对象实现对变更业务的管理。规范产品变更及数据发放流程，提高数据发布的准确性、有效性和及时性，从而提高产品质量、可靠性，减少返工。

4 系统应用效果

目前，公司应用基于Windchill的电气设计数据管理集成平台的轨道车辆产品包括城轨城际、高速动车组各两个项目，电气设计数据量达到4 000多个。通过电气设计工具与研发数据管理系统、物料管理系统、企业资源管理系统的无缝集成，实现了企业内电气设计的协同工作环境，电气数据及版本统一管理，通过在Windchill中固化各类电气报表汇总逻辑，各类电气报表的汇总输出在5 s内完成，BOM由图纸驱动自动创建与管理，提高产品研发效率，提升设计质量，逐步实现数据标准化、结构标准化及流程标准化。

图7 电气图纸评审流程图

5 结束语

本文依据电气设计输出特点，以研发设计流程为导向，信息技术以及数据的交互传递和共享为手段，建立了基于Windchill的电气设计及数据管理平台，实现了电气设计各子系统的无缝集成，解决了数据存储分散、研发设计过程管控粗放等问题，遵循了客户导向思维的理念，逐步实现研发平台精益化。

[1]郭曼莉.特种装备知识工程平台—PERA.KE在海军装备行业的应用[J]. CAD/CAM与制造业信息化，2013（5）：27-29.

[2]郭玉亮.SAP与Pro/INTRLINK一体化协同设计系统的构建与应用[J].铁路计算机应用，2013，22（5）：5-7.

[3]王广明.高速动车组三维设计及数据管理平台建设[J].铁路计算机应用，2012，21（10）：19-22.

[4]刘 日.基于国产PLM系统的三维CAD协同设计的应用于实践[J]. CAD/CAM与制造业信息化，2014（7）：27-29.

责任编辑陈 蓉

Data management integrated platform of electrical design based on Windchill

YAO Hailan, ZHANG Shaodong, ZHU Dongwei, ZHANG Mizhe, LI Rui
( Product Research and Development Center, Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd., Tangshan 064000, China )

This article established the data management integrated platform of electrical design based on Windchill according to the data management characteristics of electrical design for railway vehicles, implemented the seamless integration with electrical design tool E3, developed data management tool Windchill, material data management(MDM) system, Systems Applications and Products in Data Processing(SAP). It was realized the whole life cycle management of circuit diagram, BOM, and other electrical design data by the management system of electrical data, optimized the process of electrical design and the management of data flow, improved the efficiency of communication and collaboration.

electrical design; data management; integrated platform

U270.2∶TP39

A

1005-8451（2016）12-0045-05

2016-05-20

姚海兰，工程师；张绍东，工程师。